Effect of gas phase composition and glow discharge current on the growth kinetics of nitrogen-doped nanostructured diamond coatings
Keywords:
diamond coatings, nitrogen doping, nanostructure, kinetics of coatings grows, discharge current, gas phase composition
Abstract
The experimental results of investigations of the influence of the discharge current value and composition of the gas phase with a relatively low content of argon on the kinetics of the synthesis process in glow discharge plasma of nitrogen-doped nanostructured diamond coatings have been discussed. It was shown that under feeding of nitrogen into the gas phase by a corresponding decrease of hydrogen concentration the growth rate of nanostructured diamond coatings can increase or decrease depending on the relative concentrations of the gas phase components. The analysis and comparison of the experimental data with the available literature data of the gas phase composition, the discharge power (temperature) on the kinetics of diamond coating synthesis have been performed.
Downloads
Download data is not yet available.
References
Выровец И.И., Грицына В.И., Дудник С.Ф., Опалев О.А., Решетняк Е.Н., Стрельницкий В.Е. Нанокристаллические алмазные CVD-пленки: структура, свойства и перспективы применения//Физическая инженерия поверхности. – 2010. – Т. 8, № 1. – С. 1-19.
Williams O.A. Nanocrystalline diamond//Diamond and Related Materials. – 2011. – Vol. 20. – Р. 621-640.
Gruen D.M. Nanocrystalline diamond films//Annu. Rev. Mater. Sci. – 1999. – Vol. 29. – P. 211-259.
Lin T., Yu G., Wee T, Shen Z. Compositional mapping of the argon-methane-hydrogen system for polycrystalline to nanocrystalline diamond film growth in a hot-filament chemical vapor deposition system//Appl. Phys. Lett. – 2000. – Vol. 77, No. 17. – P. 2692-2694.
Fernandes A.J.S., Neto M.A., Almeida F.A., Silva R.F. et al. Nano- and micro-crystalline diamond growth by MPCVD in extremely poor hydrogen uniform plasmas//Diamond and Related Materials. – 2007. – Vol. 16. – P. 757-761.
Williams O.A., Nesladek M., Daenen M., Michaelson S., Hoffman A., Osawa E., Haenen K., Jackman R.B. Growth, electronic properties and applications of nanodiamond//Diamond and Related Materials. – 2008. – Vol. 17. – P. 1080-1088.
Ральченко В.Г., Кононов В.И., Савельев А.В, Попович А.Ф. Власов И.И., Терехов С.В., Заведеев Е.В., Фомич А.В., Божко А.Д. Свойства легированных алмазных пленок, выращенных в СВЧ разряде//Сб. докл. XVII Междунар. симп. “Тонкие пленки в электронике”. – М.: МВТУ. – 2005. – C. 541-546.
Ralchenko V., Pimenov S., Konov V., Vlasov I., Khomich A., Saveliev A., Popovich A., Zavedeev E., Bozhko A., Loubnin E., Khmelnitskii R. Nitrogenated nanocrystalline diamond films: Thermal and optical properties//Diamond and Related Materials. – 2007. – Vol. 16. – Р. 2067-2073.
Bhattacharyya S., Auciello O., Birrell J., Carlisle J. Curtiss L.A.,. Goyette A.N, Gruen D.M., Krauss A. R., Schlueter J., Sumant A., Zapol P. Synthesis and characterization of highly-con ducting nitrogen-doped ultrananocrystalline diamond films//Appl. Phys. Lett. – 2001. – Vol. 79. – P. 1441-1443.
Teii K., Ikeda T. Conductive and resistive nanocrystalline diamond films studied by Raman spectroscopy//Diamond and Related Materials. – 2007. – Vol. 16. – Р. 753-756.
Pleskov Yu.V., Krotova M.D., Elkin V.V., Ralchenko V.G. The effects of nitrogenation on the electrochemical properties of nanocrystalline diamond films//Diamond and Related Materials. – 2007. – Vol. 16. – Р. 2114-2117.
Выровец И.И., Грицына В.И., Дудник С.Ф., Опалев О.А., Решетняк Е.Н., Стрельницкий В.Е. Формирование наноструктурных алмазных пленок в плазме тлеющего разряда// Материалы первой международной научной конференции по наноструктурным материалам. – Минск. – 2008. – С. 360-361.
Выровец И.И., Грицына В.И., Дудник С.Ф.,. Опалев О.А., Решетняк Е.Н, Стрельницкий В.Е. Влияние состава газовой фазы на морфологию алмазных пленок, получаемых при возбуждении плазмы в скрещенных Е/Н полях//Материалы 21 Международного симпозиума “Тонкие пленки в электронике”. – М.: ОАО “ЦНИТИ ТЕХНОМАШ” – 2008. – С. 377-382.
Ma K.L., Zhang W.J., Zou Y.S., Chong Y.M., Leung K.M., Bello I., Lee S.T. Electrical properties of nitrogen incorporated nanocrystalline diamond films//Diamond and Related Materials. – 2006. – Vol. 15. – Р. 626-630.
Грицына В.И., Дудник С.Ф., Опалев О.А., Решетняк Е.Н., Стрельницкий В.Е. Особенности морфологии алмазных покрытий с нанокристаллической структурой//ВАНТ, Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение. – 2011. – № 4. – С. 165-168.
Tallaire А., Achard J., Silva F., Sussmann R.S., Gicquel A. Homoepitaxial deposition of highquality thick diamond films: effect of growth parameters//Diamond and Related Materials. – 2005. – Vol. 14. – Р. 249-254.
Regemorter T.Van, Larsson K. Effect of substitutional N on the diamond CVD growth process: A theoretical approach//Diamond and Related Materials. – 2008. – Vol. 17. – Р. 1076-1079.
Shah Zoya Mehmood, Mainwood Alison. A theoretical study of the effect of nitrogen, boron and phosphorus impurities on the growth and morphology of diamond surfaces//Diamond and Related Materials. – 2008. – Vol. 17. – Р. 1307-1310.
Liang Qi, Yan Chih-shiue, Meng Yufei, Lai Joseph, Krasnicki Szczesny, Mao Ho-kwang, Hemley Russell J. Recent advances in high-growth rate single-crystal CVD diamond//Diamond and Related Materials. – 2009. – Vol. 18. – Р. 698-703.
Chatei Hassan, Bougdira Jamal, Remy Mishel, Alnot Patrick, Bruch Christian, Kruger Jan K.. Effect of nitrogen concentration on plasma reactivity and diamond growth in H2-CH4-N2 microwave discharge//Diamond and Related Materials. – 1997 – Vol. 6. – Р. 107-119.
Qi Xue-Gui, Chen Ze-Shao, Xu Hong. Construction and analysis of C-H-N phase diagram for diamond chemical vapor deposition by simulation of gas-phase chemistry//Surface and Coatings Technology. – 2006. – Vol. 200, No. 18-19. – Р. 5268-5276.
Bhattacharyya S., Auciello O., Birrell J., Carlisle J.A., Curtiss L.A., Goyette A.N., Gruen D.M., Krauss A.R., Schlueter J., Sumant A., and Zapol P. Synthesis and characterization of highlyconducting nitrogen-doped ultrananocrystalline diamond films//Appl. Phys. Lett. – 2001. – Vol. 79, No. 10. – P. 1441-1443.
Chuan-Sheng Wang, Ging-Horng Tong, HuangChin Chen, Wen-Ching Shih, I-Nan Lin. Effect of N2 addition in Ar plasma on the development of microstructure of ultra-nanocrystalline diamond films//Diamond and Related Materials. – 2010. – Vol.19 – Р. 147-152.
Карпухина Т.А., Чередниченко А.Г., Буйлов Л.Л., Алексенко А.Е., Белянин А.Ф. Исследование дефектных центров и примесей в поликристаллических пленках алмаза//Труды 1го международного семинара по алмазным пленкам. Техника средств связи. Серия “Технология производства и оборудовани”. – 1991. – Вып. 4. – С. 40-50.
Выровец И.И., Грицына В.И., Дудник С.Ф., Кутний В.Е., Опалев О.А., Рыбка А.С., Стрельницкий В.Е. Исследование влияния параметров синтеза алмазных покрытий на скорость их роста и величину удельного электрического сопротивления//Вопросы атомной науки и техники, Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение. – 2010. – Т. 95, № 1. – С. 104-107.
Barbosa D.C., Almeida F.A., Silva R.F., Ferreira N.G., Trava-Airoldi V.J., Corat E.J. Influence of substrate temperature on formation of ultrananocrystalline diamond films deposited by HFCVD argon-rich gas mixture//Diamond & Related Materials. – 2009. – Vol. 18. – P. 1283-1288.
Barbosa D.C., Barreto P.R.P., Trava-Airoldi V.J., Corat E.J. Growth and characterization of diamond micro and nano crystals obtained using different methane concentration in argon-rich gas mixture// Diamond and Related Materials. – 2010. – Vol. 19. – P. 768-771.
Williams O.A. Nanocrystalline diamond//Diamond and Related Materials. – 2011. – Vol. 20. – Р. 621-640.
Gruen D.M. Nanocrystalline diamond films//Annu. Rev. Mater. Sci. – 1999. – Vol. 29. – P. 211-259.
Lin T., Yu G., Wee T, Shen Z. Compositional mapping of the argon-methane-hydrogen system for polycrystalline to nanocrystalline diamond film growth in a hot-filament chemical vapor deposition system//Appl. Phys. Lett. – 2000. – Vol. 77, No. 17. – P. 2692-2694.
Fernandes A.J.S., Neto M.A., Almeida F.A., Silva R.F. et al. Nano- and micro-crystalline diamond growth by MPCVD in extremely poor hydrogen uniform plasmas//Diamond and Related Materials. – 2007. – Vol. 16. – P. 757-761.
Williams O.A., Nesladek M., Daenen M., Michaelson S., Hoffman A., Osawa E., Haenen K., Jackman R.B. Growth, electronic properties and applications of nanodiamond//Diamond and Related Materials. – 2008. – Vol. 17. – P. 1080-1088.
Ральченко В.Г., Кононов В.И., Савельев А.В, Попович А.Ф. Власов И.И., Терехов С.В., Заведеев Е.В., Фомич А.В., Божко А.Д. Свойства легированных алмазных пленок, выращенных в СВЧ разряде//Сб. докл. XVII Междунар. симп. “Тонкие пленки в электронике”. – М.: МВТУ. – 2005. – C. 541-546.
Ralchenko V., Pimenov S., Konov V., Vlasov I., Khomich A., Saveliev A., Popovich A., Zavedeev E., Bozhko A., Loubnin E., Khmelnitskii R. Nitrogenated nanocrystalline diamond films: Thermal and optical properties//Diamond and Related Materials. – 2007. – Vol. 16. – Р. 2067-2073.
Bhattacharyya S., Auciello O., Birrell J., Carlisle J. Curtiss L.A.,. Goyette A.N, Gruen D.M., Krauss A. R., Schlueter J., Sumant A., Zapol P. Synthesis and characterization of highly-con ducting nitrogen-doped ultrananocrystalline diamond films//Appl. Phys. Lett. – 2001. – Vol. 79. – P. 1441-1443.
Teii K., Ikeda T. Conductive and resistive nanocrystalline diamond films studied by Raman spectroscopy//Diamond and Related Materials. – 2007. – Vol. 16. – Р. 753-756.
Pleskov Yu.V., Krotova M.D., Elkin V.V., Ralchenko V.G. The effects of nitrogenation on the electrochemical properties of nanocrystalline diamond films//Diamond and Related Materials. – 2007. – Vol. 16. – Р. 2114-2117.
Выровец И.И., Грицына В.И., Дудник С.Ф., Опалев О.А., Решетняк Е.Н., Стрельницкий В.Е. Формирование наноструктурных алмазных пленок в плазме тлеющего разряда// Материалы первой международной научной конференции по наноструктурным материалам. – Минск. – 2008. – С. 360-361.
Выровец И.И., Грицына В.И., Дудник С.Ф.,. Опалев О.А., Решетняк Е.Н, Стрельницкий В.Е. Влияние состава газовой фазы на морфологию алмазных пленок, получаемых при возбуждении плазмы в скрещенных Е/Н полях//Материалы 21 Международного симпозиума “Тонкие пленки в электронике”. – М.: ОАО “ЦНИТИ ТЕХНОМАШ” – 2008. – С. 377-382.
Ma K.L., Zhang W.J., Zou Y.S., Chong Y.M., Leung K.M., Bello I., Lee S.T. Electrical properties of nitrogen incorporated nanocrystalline diamond films//Diamond and Related Materials. – 2006. – Vol. 15. – Р. 626-630.
Грицына В.И., Дудник С.Ф., Опалев О.А., Решетняк Е.Н., Стрельницкий В.Е. Особенности морфологии алмазных покрытий с нанокристаллической структурой//ВАНТ, Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение. – 2011. – № 4. – С. 165-168.
Tallaire А., Achard J., Silva F., Sussmann R.S., Gicquel A. Homoepitaxial deposition of highquality thick diamond films: effect of growth parameters//Diamond and Related Materials. – 2005. – Vol. 14. – Р. 249-254.
Regemorter T.Van, Larsson K. Effect of substitutional N on the diamond CVD growth process: A theoretical approach//Diamond and Related Materials. – 2008. – Vol. 17. – Р. 1076-1079.
Shah Zoya Mehmood, Mainwood Alison. A theoretical study of the effect of nitrogen, boron and phosphorus impurities on the growth and morphology of diamond surfaces//Diamond and Related Materials. – 2008. – Vol. 17. – Р. 1307-1310.
Liang Qi, Yan Chih-shiue, Meng Yufei, Lai Joseph, Krasnicki Szczesny, Mao Ho-kwang, Hemley Russell J. Recent advances in high-growth rate single-crystal CVD diamond//Diamond and Related Materials. – 2009. – Vol. 18. – Р. 698-703.
Chatei Hassan, Bougdira Jamal, Remy Mishel, Alnot Patrick, Bruch Christian, Kruger Jan K.. Effect of nitrogen concentration on plasma reactivity and diamond growth in H2-CH4-N2 microwave discharge//Diamond and Related Materials. – 1997 – Vol. 6. – Р. 107-119.
Qi Xue-Gui, Chen Ze-Shao, Xu Hong. Construction and analysis of C-H-N phase diagram for diamond chemical vapor deposition by simulation of gas-phase chemistry//Surface and Coatings Technology. – 2006. – Vol. 200, No. 18-19. – Р. 5268-5276.
Bhattacharyya S., Auciello O., Birrell J., Carlisle J.A., Curtiss L.A., Goyette A.N., Gruen D.M., Krauss A.R., Schlueter J., Sumant A., and Zapol P. Synthesis and characterization of highlyconducting nitrogen-doped ultrananocrystalline diamond films//Appl. Phys. Lett. – 2001. – Vol. 79, No. 10. – P. 1441-1443.
Chuan-Sheng Wang, Ging-Horng Tong, HuangChin Chen, Wen-Ching Shih, I-Nan Lin. Effect of N2 addition in Ar plasma on the development of microstructure of ultra-nanocrystalline diamond films//Diamond and Related Materials. – 2010. – Vol.19 – Р. 147-152.
Карпухина Т.А., Чередниченко А.Г., Буйлов Л.Л., Алексенко А.Е., Белянин А.Ф. Исследование дефектных центров и примесей в поликристаллических пленках алмаза//Труды 1го международного семинара по алмазным пленкам. Техника средств связи. Серия “Технология производства и оборудовани”. – 1991. – Вып. 4. – С. 40-50.
Выровец И.И., Грицына В.И., Дудник С.Ф., Кутний В.Е., Опалев О.А., Рыбка А.С., Стрельницкий В.Е. Исследование влияния параметров синтеза алмазных покрытий на скорость их роста и величину удельного электрического сопротивления//Вопросы атомной науки и техники, Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение. – 2010. – Т. 95, № 1. – С. 104-107.
Barbosa D.C., Almeida F.A., Silva R.F., Ferreira N.G., Trava-Airoldi V.J., Corat E.J. Influence of substrate temperature on formation of ultrananocrystalline diamond films deposited by HFCVD argon-rich gas mixture//Diamond & Related Materials. – 2009. – Vol. 18. – P. 1283-1288.
Barbosa D.C., Barreto P.R.P., Trava-Airoldi V.J., Corat E.J. Growth and characterization of diamond micro and nano crystals obtained using different methane concentration in argon-rich gas mixture// Diamond and Related Materials. – 2010. – Vol. 19. – P. 768-771.
Published
2012-10-29
How to Cite
Грицына, В. И., Дудник, С. Ф., Кошевой, К. И., Опалев, О. А., & Стрельницкий, В. Е. (2012). Effect of gas phase composition and glow discharge current on the growth kinetics of nitrogen-doped nanostructured diamond coatings. Journal of Surface Physics and Engineering, 10(4), 328 - 335. Retrieved from https://periodicals.karazin.ua/pse/article/view/10072
Section
Статті
У відповідності з типовим шаблоном.
